CN201875995U

CN201875995U - 电子设备冷却用微型制冷器

Info

Publication number: CN201875995U
Application number: CN2010206089957U
Authority: CN
Inventors: 孙正军
Original assignee: SHENZHEN AD TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN AD TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2020-11-16

Abstract

本实用新型涉及一种电子设备冷却用微型制冷器，其包括装配在底板上的微型压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器及微电脑控制系统；微型压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器依次通过连接管密封连接，形成封闭的回路，制冷剂在其中循环流动；蒸发器表面贴合被冷却部件。该制冷器能够直接针对被冷却部件降温，热流密度大；由于采用微电脑控制系统控制，从而具有温度可控、结构紧凑的特点，可轻易达到环境温度以下，不仅可以用于芯片的冷却，也可以用于LED、光学组件等元器件的冷却。

Description

电子设备冷却用微型制冷器

技术领域

本实用新型涉及一种微型蒸汽压缩式制冷系统，具体是一种由微型制冷压缩机、微型冷凝器和微型蒸发器等部件所组成，可对大功率的集成电路、晶体管、MOSFET、LED、激光器等电子元器件进行直接蒸发冷却的制冷装置。

背景技术

常规的电子设备冷却方式有空气自然对流冷却、风扇强制空气对流冷却、热管散热冷却、液冷冷却（一般是水冷）等。

空气自然对流冷却方式是是依靠空气的流动将热量散发到周围的介质中去，从而达到散热的目的。空气自然对流时的散热量是很低的，最大约为0.08W/cm²。当热流密度较大时，空气自然对流冷却显然不能满足电子设备的冷却要求，必须依靠风扇来冷却，即强迫对流空气冷却。

空气强迫对流冷却方式由于设计简单、使用方便以及低廉的成本等优点得到了很广泛的应用，是目前电子元件最常用的散热方式。其普通结构是散热器加风扇的形式，该结构虽然实施方便，成本较低，但其散热能力也有限。只能达到0.3~1.6 W/cm²。

随着集成电路集成度的不断提高，其耗散功率也不断加大，如现今单片集成电路的耗散功率已达200W以上，以上常规的冷却方式已不能满足大功率芯片散热的需要。而集成电路一旦散热不良，将导致芯片结温升高，电路工作不稳定，有时甚至会导致芯片烧毁、电路着火等严重事故。因此必须寻找其它的具有高热流密度的冷却方式。

在液冷冷却中，目前应用得较多的是水冷冷却。热量从芯片经导热传递给水冷板。然后依靠水冷板中流动的水将热量带走。水冷方式的传热功率大，但是由于增加了额外的连接管以及水泵等输送装置，对系统的密封性要求很高。因为水的比热虽大，但是其导电率也高，一旦水冷板或管路发生泄漏，将会造成电路短路。目前已开发出一些低导电率的流体，但是低导电率的流体其导热率却很差。

而以上几种冷却方式都不能使被冷却电子元件的温度低于环境温度。

采用蒸汽压缩式制冷方式来对芯片进行冷却具有其它冷却方式不可比拟的优点。制冷冷却也是唯一可使被冷却对象的温度低于环境温度的冷却方式。此外蒸汽压缩式制冷具有热流密度大、效率高、温度可控、结构紧凑等优点。使用蒸汽压缩式制冷方式进行冷却的关键是压缩机，而微型压缩机的出现使得对电子元件进行直接蒸发冷却成为可能。

因此，针对电子元件进行直接冷却的制冷装置成为研究对象。

发明内容

本实用新型为了解决上述现有针对电子元器件冷却的设备要么热流密度不够大，要么结构繁杂，温度不可控并且难以低于环境温度的问题，而提供一种能够直接对电子元器件进行蒸发冷却的电子设备冷却用微型制冷器。

本实用新型是通过以下方案实现的：

上述的电子设备冷却用微型制冷器，包括装配在底板上的微型压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、过滤器及微电脑控制系统；所述的微型压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器和过滤器依次通过连接管密封连接，形成封闭的回路，制冷剂在其中循环流动；所述蒸发器表面贴合被冷却部件。所述蒸发器表面与被冷却部件的接触面涂抹有导热硅脂。

所述冷凝器通过第一连接管和第二连接管分别连接所述微型压缩机和电子膨胀阀；所述蒸发器通过第三连接管和第四连接管分别连接所述电子膨胀阀和过滤器；所述过滤器通过第五连接管连接微型压缩机。所述第一、第二、第三、第四及第五连接管为铜管。

所述微型压缩机为直流滚动转子式压缩机，由所述控制系统的控制驱动。

所述冷凝器为平行流式换热器。

所述电子膨胀阀采用电磁式电子膨胀阀或步进电机式电子膨胀阀。

所述蒸发器是单流体的换热器。

所述微电脑控制系统包括固定于所述底板的主控板和驱动板；所述驱动板驱动所述压缩机的电机按一定的转速运行；该转速大小由所述主控板所发出的0~5V电压信号决定；所述主控板控制整个系统的运行，包括所述压缩机、冷凝器的启停以及电子膨胀阀的开关动作控制，并根据蒸发器表面温度的变化，实时调整向所述驱动板发出的电压控制信号。

本实用新型的微型制冷器能够直接针对被冷却部件降温，热流密度大；由于采用微电脑控制系统控制，从而具有温度可控、结构紧凑的特点，可轻易达到环境温度以下，不仅可以用于芯片的冷却，也可以用于LED、光学组件等元器件的冷却。

附图说明

图1是本实用新型的电子设备用微型制冷器结构示意图；

图2是本实用新型的电子设备用微型制冷器装配冷却盒的结构示意图；

图3是本实用新型的电子设备用微型制冷器装配冷却盒的爆炸图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本实用新型电子设备冷却用微型制冷器，包括装配在底板8上的微型压缩机1、冷凝器2、电子膨胀阀3、蒸发器4、过滤器5及微电脑控制系统6；其中微型压缩机1、冷凝器2、电子膨胀阀3、蒸发器4和过滤器5依次通过连接管密封连接，形成循环封闭的回路，制冷剂在其中循环流动。

微型压缩机1为24V直流滚动转子式压缩机。压缩机1的电机是永磁无刷直流电机，通过控制系统6驱动。微型压缩机1通过第一连接管11密封连接冷凝器2。

冷凝器2为风冷高效率平行流式换热器，通过第二连接管21密封连接电子膨胀阀3。

电子膨胀阀3采用电磁式电子膨胀阀或步进电机式电子膨胀阀，可精确调节制冷剂的流量；通过第三连接管31密封连接蒸发器4。

蒸发器4是一种单流体的换热器，通过制冷剂在其中蒸发制冷，吸收与蒸发器4表面紧密接触的电子元器件7的热量。蒸发器4通过第四连接管41密封连接过滤器5；

过滤器5通过第五连接管（图未示）密封连接微型压缩机1，至此形成完整的封闭回路。

微电脑控制系统6包括主控板61和驱动板62。驱动板62用于驱动压缩机1的电机，使其按一定的转速运行；转速的大小是由主控板61所发出的0~5V电压信号决定的。主控板61用于控制整个系统的运行，包括压缩机1、冷凝器2风扇的启停控制，以及电磁阀3的开关动作控制，并根据蒸发器4表面温度的变化，实时调整向驱动板62发出的电压控制信号的大小，使压缩机1作变转速运行。主控板61和驱动板62均固定底板8上，以借助底板8的散热作用，保证主控板61和驱动板62的温度不致过高。

微型制冷系统中制冷剂的流向是：压缩机1→冷凝器2→电子膨胀阀3→蒸发器4→过滤器5→压缩机1。制冷剂依次流经各部件，构成一个闭合回路；连接上述各部件的第一、第二、第三、第四及第五连接管为铜管结构，采用钎焊连接。

应用时，蒸发器4表面与被冷却电子元器件7紧贴，在接触面涂抹导热硅脂，以利导热。蒸发器4的进口通过第三连接管31与电子膨胀阀3连接，以接受来自冷凝器2并膨胀后的制冷剂；制冷剂在蒸发器4中蒸发制冷，带走被冷却电子元器件7的热量；制冷剂蒸发后变成气体，经蒸发器4的出口通过第四连接管54进入压缩机1的吸气管。

为了提高装配性能，在蒸发器4处增设一冷却盒9，如图2、图3所示，蒸发器4固定在冷却盒9的后端，被冷却电子元器件7收容于冷却盒9内并与蒸发器4紧贴以散热。

该微型制冷系统的工作原理是：

制冷剂气体被压缩机1压缩，变成高温高压的气体，进入冷凝器2。在冷凝器2中，由于高温高压气体的温度高于从冷凝器2风扇送来的环境空气的温度，因此向环境空气散热而冷凝成为制冷剂液体。在冷凝器2的出口，制冷剂气体已完全变为液体。然后制冷剂液体进入电子膨胀阀3，压力迅速降低，一部分液体散发出来，变成低压低温的气液混合物。此气液混合物流入蒸发器4，其中的液体继续蒸发，温度进一步降低。在蒸发过程中，不断吸收蒸发器4表面由电子元器件7传递过来的热量，使电子元器件7的温度降低，即产生制冷效应。至蒸发器4的出口，制冷剂液体已全部蒸发完毕，变成过热蒸汽。此过热蒸汽经过过滤器5又被压缩机1吸入而进行压缩，如此循环往复，而源源不断地产生冷量。

压缩机1的启停由微电脑控制系统6的主控板61控制，根据蒸发器4表面温度的变化，自动调节压缩机1的转速和启停，并具有必备的保护功能，维持整个系统安全稳定运行。压缩机1的转速可无级调节，通过给驱动板62提供一个0~5V的电压信号，决定压缩机1的转速：当给驱动板62的电压为+5V时，压缩机1以满转速运行；当给驱动板62的电压为0V时，压缩机1停止运行。微型压缩机1是可变速压缩机，其转速在1000rpm~6500rpm之间可连续调节，因此可精确调节蒸发器4的蒸发温度。

本实用新型的微型制冷器能够有效地直接针对被冷却部件降温，热流密度大；由于采用微电脑控制系统，从而具有温度可控、结构紧凑的特点，可轻易达到环境温度以下，不仅可以用于芯片的冷却，也可以用于LED、光学组件等元器件的冷却。

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，非因此局限本实用新型的保护范围，故举凡运用本实用新型说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述制冷器包括装配在底板上的微型压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、过滤器及微电脑控制系统；所述的微型压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器和过滤器依次通过连接管密封连接，形成封闭的回路，制冷剂在其中循环流动；所述蒸发器表面贴合被冷却部件。

2.如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述蒸发器表面与被冷却部件的接触面涂抹有导热硅脂。

3、如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述冷凝器通过第一连接管和第二连接管分别连接所述微型压缩机和电子膨胀阀；所述蒸发器通过第三连接管和第四连接管分别连接所述电子膨胀阀和过滤器，所述过滤器通过第五连接管连接微型压缩机。

4、如权利要求3所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述第一、第二、第三、第四及第五连接管为铜管。

5、如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述微型压缩机为直流滚动转子式压缩机，由所述控制系统的控制驱动。

6、如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述冷凝器为平行流式换热器。

7、如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述电子膨胀阀采用电磁式电子膨胀阀或步进电机式电子膨胀阀。

8、如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述蒸发器是单流体的换热器。

9、如权利要求1所述的电子设备冷却用微型制冷器，其特征在于：所述微电脑控制系统包括固定于所述底板的主控板和驱动板。